改进的单级功率因数校正AC/DC变换器的拓扑综述

3.2 用变压器绕组实现负反馈的单级PFC变换器

用变压器绕组实现负反馈的单级PFC变换器[8]如图8所示。N1为变压器耦合的绕组。

用变压器绕组N1实现负反馈来抑制电容电压Vc。javascript:window.open(this.src);" style="cursor:pointer;"/>当S开通时，Vc加在变压器的初级绕组Np，因此，绕组N1上的电压同Vc成正比。只有当输入整流后的电压大于N1上的电压时，电感LB上才有电流；S关断时，LB上的能量经过D1释放到CB。负载变化引起Vc变化，加在LB上的电压立刻变化，从而改变了输入电流和输入功率，有效地抑制了Vc的增长。但N1的加入降低了功率因数，增加了电流谐波含量。

在图8的A和B之间再增加一个绕组N2[3][7]，如图9所示。加绕组N2之后，在S关断时，加在电感LB上的反向电压为Vc和N2上的电压之和减去输入电压，减小了输入功率，从而进一步降低了Vc，同时，也提高了功率因数。N2的选取应该满足N1＋N2<Np。可见，增大N1可以降低电容电压，提高效率，但同时降低了功率因数，增加了电流谐波含量。

如果要求更低限度地减小开关器件的电压、电流应力，那么在图8和图9中的二极管D2和绕组N1之间加入电感Lr，使输入电流工作在CCM下。Lr可以利用变压器漏感，也可以另外加一个电感[3]。

3.3 带低频辅助开关的单级PFC变换器[9]

用变压器附加绕组实现负反馈降低了电容电压，提高了效率。但同时降低了功率因数，增加了电流谐波含量。文献[9]针对这一不足提出了一种带低频辅助开关的单级PFC变换器，不仅有效地抑制了电容电压，提高了效率，同时还提高了功率因数，减少了电流谐波含量。

带低频辅助开关的CCM单级PFC变换器如图10所示，S为主开关，Sr为辅助开关。

辅助开关Sr的驱动波形如图11所示，当输入电压在零附近时，辅助开关Sr导通，使附加绕组N1短路，从而改善了输入电流的波形，减少了输入电流的谐波含量，提高了功率因数。

当输入电压大于某一值时，辅助开关管Sr关断；其余的工作情况与图8和图9相似。辅助开关Sr在输入电压很小时才导通工作，其余时间不工作。因此，流过Sr的电流很小，Sr的功率损耗很小。由图11知，辅助开关的工作频率为交流电源频率的两倍。故在整个工作期间，Sr的开关损耗很小。另外，辅助开关Sr的控制电路也很简单。由上述分析知，带低频辅助开关的单级PFC变换器减小了输入电流的谐波含量；提高了功率因数和效率；降低了电容电压。

辅助开关Sr也可以放在其他位置，得到不同的拓扑结构，如图12所示。图12(a)所示的电路使L1旁路，也就是说，输入电压在零附近时，导通开关Sr，使L1短路，电路工作在DCM下，从而增

加了输入电流，这种方法不能消除输入电流的死角。因此，与图10的电路相比，图12(a)的电路的输入电流的畸变更大。Sr另外一种实现方式如图12(b)所示，使L1和N1都旁路，也就是说，输入电压在零附近时，导通开关Sr，使L1和N1都短路。这种方法可以完全消除输入电流的死角，提高功率因数。但是，与图10的电路相比，图12(b)电路中的储能电容电压更高。因为，图12(b)电路有一小部分时间工作在DCM下。另外，该方法也可以应用在其他的DCM/CCM单级PFC变换器中，如图13所示的带低频辅助开关的DCM单级PFC变换器。

图12和图13

    3.4 带有源箝位和软开关的单级PFC变换器

单级隔离式PFC变换器与普通的DC/DC变换器相比有电压、电流应力高，损耗大的缺点。因此，采用有源箝位和软开关等先进技术来减小单级隔离式PFC变换器的开关损耗和电压应力。

带有源箝位和软开关的单级隔离式PFC变换器[10]如图14所示。S为主开关，Sa为辅助开关。Cc为箝位电容，CB为储能电容，Cr为开关S和Sa的寄生电容以及电路中其他的寄生电容之和。Boost单元工作在DCM下，保证有高的功率因数；为避免DCM有较高的电流应力，Flyback设计为CCM。采用有源箝位和软开关技术限制了开关的电压应力，再生了储存在变压器漏感中的能量，为主开关和辅助开关提供了软开关条件，减少了开关损耗，提高了变换器的效率。主开关与辅助开关用同一个控制/驱动电路，进一步提高了电路的实用性。
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4 结语

单级PFC变换器由于具有电路简单，成本低，功率密度高的优点，而在中小功率场合得到了广泛的应用。通过分析单级PFC的拓扑结构，指出了它存在的一些问题，如储能电容电压随输入电压和负载的变化而变化，在输入高压或轻载时，电容电压可能达到上千伏；变换器的效率低；开关损耗大；有源开关的电压、电流应力高。而对用变压器绕组实现负反馈，用软开关技术，用低频辅助开关以及并联PFC等方法来降低电容电压，开关损耗，减少电流谐波含量和提高效率等问题进行了综述，并分析了几种改进拓扑的工作原理，比较了它们的优缺点。